Análise da estabilidade nas falésias entre Tibau do Sul e Pipa - RN

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1 Análise da estabilidade nas falésias entre Tibau do Sul e Pipa - RN Santos Jr, O. F. UFRN/Natal, RN, Brasil, olavo@ct.ufrn.br Severo, R. N. F. CEFET/Natal, RN, Brasil, ricardosevero@digizap.com.br Freitas Neto,O. UFRN/Natal, RN, Brasil, osvaldocivil@yahoo.com.br França, F.A.N. UFRN/Natal, RN, Brasil, fagnerufrn@yahoo.com.br Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre as condições de estabilidade das falésias no litoral leste do Rio Grande do Norte. Foram analisados três perfis típicos presentes na área em estudo. Os perfis Tipo 1 e 2 são verticais (diferem entre si pela presença de incisão basal provocada pelas ondas do mar no Tipo 2). O perfil Tipo 3 apresenta inclinação de 45 com a horizontal. As falésias são formadas por dois tipos de materiais: O solo do Topo (argila arenosa vermelha) e solo de Base (argila branca com nódulos vermelhos). As análises realizadas pelo método de Bishop Simplificado mostraram que nas condições naturais (baixo grau de saturação) não ocorre ruptura e que os Perfis Tipo 1 e 2 rompem quando o material do topo e 6 metros do material da base estão saturados. Abstract: This paper presents a study about the stability conditions of sea cliffs in littoral of Rio Grande do Norte State. Tree typical profiles observed in study area were analyzed. Profile Type 1 is vertical; Type 2 is vertical with basal incision due to erosive action of sea water and Type 3 form an angle of 45 o with horizontal plane. All profiles were analyzed with height of 35 meters. The cliffs are formed by two kinds of materials, a Top Soil (red sandy clay) and Base Soil (white clay with red nodules). Stability analyses were carried out using the Simplified Bishop Method. Variations of saturation degree of beds were considered in analyses. The results showed that in natural conditions (low saturation degree) the slopes do not fail and slopes with profile Types 1 and 2 fail when the Top Soil and 6 meters of Base Soil are saturated. IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 487

2 1 INTRODUÇÃO A zona costeira é uma das regiões mais dinâmicas do planeta. Sua posição e forma são modificadas por uma série de fatores, tais como as variações do nível do mar, que ocorrem em velocidades variadas através dos tempos, até eventos diários, como as precipitações pluviométricas. Nesta zona costuma ocorrer grande quantidade de intervenções humanas, o que pode levar a uma série de impactos ambientais. Um dos mais importantes impactos observados nessas regiões é o problema da erosão costeira, o qual pode ser caracterizado como o recuo da linha de costa sobre as áreas ocupadas no continente. A ocupação antrópica potencializa o problema da erosão costeira, pois se fixando na zona costeira as populações se colocam na trajetória de recuo natural desta. Nesse sentido, o litoral do Rio Grande do Norte vem passando por um processo de ocupação acelerado, intensificado a partir da década de 80. Além da expansão urbana, do turismo e das habitações para veraneio, o forte avanço da aqüicultura são as causas mais evidentes para esta ocupação. Recentemente foram feitos vários estudos sobre a ocorrência de erosão costeira em alguns trechos do litoral do RN (Amaral, 2000; Diniz, 2002; Silva, 2003; Braga, 2005 e Severo, 2005). O presente trabalho procura analisar as condições de estabilidade das falésias no município de Tibau do Sul, entre a sede do município e a praia de Pipa, no litoral leste do Rio Grande do Norte (Figura 1) Figura 1 Localização Geográfica da Área estudada 488 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

3 2 DESCRIÇÃO DA ÁREA ESTUDADA A área objeto do presente estudo está localizada na zona costeira leste do Rio Grande do Norte (Figura 1), a aproximadamente 80 km a sul de Natal. Em termos geológicos a área é constituída por sedimentos terciários da Formação Barreiras, os quais consistem de camadas intercaladas de arenitos argilosos, argilitos e conglomerados. Em alguns locais apresentam elevada consistência pela cimentação com óxidos de ferro. É verificada também a presença de sedimentos arenosos eólicos (Dunas) recobrindo parcialmente a Formação Barreiras e próximo a linha de costa estão presentes as praias arenosas. Em termos geomorfológicos, ocorrem Tabuleiros Litorâneos a altitudes superiores a 40 metros e Falésias que se constituem nas bordas dos Tabuleiros. A Figura 2 mostra um zoneamento ambiental da área em estudo realizado por Amaral (2001), o qual dividiu essa área em três trechos de acordo com a orientação da linha de costa: norte, central e sul. O trecho norte está compreendido entre a barra de Tibau do Sul e a Ponta do Madeiro possuindo orientação aproximadamente N-S. O trecho central inicia na Ponta do Madeiro e vai até a Pedra do Moleque, com orientação E-W e o trecho sul inicia na Pedra do Moleque e culmina na desembocadura do rio Catú ou Sibaúma, com orientação N-S. Figura 2 Zoneamento Ambiental da área estudada (Amaral, 2001). IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 489

4 3 ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE OS PROCESSOS ATUANTES NAS FALÉSIAS No litoral do Rio Grande do Norte, ao sul da cidade de Natal, ocorrem feições morfológicas conhecidas como Falésias, as quais consistem de cortes abruptos no relevo, formadas pelo avanço das águas oceânicas em direção ao continente. As falésias consistem no limite leste dos Tabuleiros (unidade morfológica predominante na região costeira oriental do RN). Em termos geológicos os Tabuleiros são constituídos por sedimentos terciários da Formação Barreiras, que consistem de camadas de granulometria areno-argilosas, com presença de conglomerados e horizontes com cimentação ferruginosa. Em alguns locais ocorrem campos de dunas cobrindo a borda dos Tabuleiros. A Figura 3 ilustra de forma esquemática uma falésia. As Falésias podem atingir alturas de até 50 metros de desnível entre o topo do Tabuleiro e a Planície Costeira. Em função disso, são freqüentemente usadas como mirantes por servirem como área de observação das belas paisagens litorâneas. Esse aspecto favorece a implantação de empreendimentos turísticos e de lazer na parte superior das Falésias. Figura 3 Falésia formada na borda do Tabuleiro com ocorrência de campo de dunas Estudos já realizados nas áreas de Falésias no litoral do Rio Grande do Norte indicam que em uma escala de tempo geológica, a costa encontra-se em processo de recuo contínuo e lento (Amaral et al., 1997; Santos Jr. et al, 2001). Em escala de tempo histórico ou menor (ordem de dezenas de anos) a costa recua de acordo com processos naturais, os quais podem ser acelerados por ações antrópicas. Os processos que induzem o recuo da linha de costa em direção ao continente estão associados à erosão na base das falésias e a ocorrência de movimentos de massas no topo e na meia encosta. A erosão na base é provocada pela ação das ondas e correntes das águas do mar. Em relação ao topo, destacam-se os processos relacionados à ocorrências de chuvas de elevada intensidade e longa duração. Através do ataque direto das ondas em praias com falésias ocorre a diminuição do volume de sedimentos protegendo o sopé do talude. Isso eleva o poder erosivo das ondas e a formação de incisões na base da falésia, o que provoca o solapamento da parte superior. O passo seguinte é a queda do material instável da parte elevada da encosta. Esse mecanismo pode ser visualizado de forma esquemática na Figura 4 (Santos Jr., et al., 2004). Nos períodos chuvosos verifica-se a ocorrência de vários processos de desestabilização nas falésias que se somam àqueles provocados pela ação das águas do mar. Tais processos decorrem principalmente do escoamento superficial das águas de chuva que se dirigem para a quebra de relevo formada pela falésia. Ocorrem ainda quedas de blocos, tombamentos e deslizamentos. Os movimentos mais expressivos em termos de volume e de dano potencial são os deslizamentos. Estes podem ocorrer inclusive em encostas menos íngremes e resultam da diminuição da resistência do material que forma a encosta pela ação da água (Figura 5). O movi- 490 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

5 mento se caracteriza pelo escorregamento de uma massa de material que se move em relação ao maciço remanescente através de uma superfície bem definida. Figura 5 Deslizamento em uma falésia 4 ANÁLISE DE ESTABILIDADE 4.1 Características dos solos Foi verificado na área que há predominância de duas camadas diferentes de solo, as quais foram denominadas de Solo Topo e Solo Base. Verificou-se a presença eventual de camadas cimentadas na interface dessas camadas e em uma região do Solo Base. As características físicas e os parâmetros de resistência dos solos identificados na área são apresentados nas Tabelas 1 e 2, respectivamente. Os parâmetros de resistência foram obtidos através de ensaios de cisalhamento direto realizados nas condições de campo (umidade natural) e inundada. Tabela 1 Caracterização Física Figura 4 Mecanismo de recuo da linha de costa em áreas de falésias (Santos Jr et. al., 2004) IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 491

6 Os valores apresentados na Tabela 1 se referem à média dos índices obtidos em todos os corpos de prova ensaiados na condição natural. Os ensaios realizados na condição inundada no Solo Topo e no Solo Base apresentaram após a ruptura teor de umidade médio de 26% e 16%, respectivamente. Tabela 2 Parâmetros de resistência obtidos em ensaios de cisalhamento direto. De acordo com os dados apresentados na Tabela 2, observa-se uma substancial perda de coesão entre as condições de umidade natural e inundada. Em relação ao ângulo de atrito, verificou-se apenas uma pequena diferença entre as duas condições. A perda de coesão pode ser atribuída à diminuição da sucção no solo. 4.2 Casos analisados Verificou-se a predominância de três geometrias das encostas nos trechos estudados, as quais foram denominadas por Perfil Tipo 1, Perfil Tipo 2 e Perfil Tipo 3. As análises foram realizadas considerando uma altura média das falésias de 35 metros, pois as mesmas variam entre 20 e 40 metros, porém a maior incidência é de falésias acima de 30 metros de altura. As Figuras 6, 7 e 8 mostram a geometria dos perfis analisados. O Perfil 1 é comumente encontrado no Trecho Norte e Central. É caracterizado por ser um perfil reto formando aproximadamente 90 com a superfície horizontal e não apresentar incisão em sua base (Figura 6). Verifica-se eventualmente a presença de cobertura vegetal em seu topo. O Perfil 2 é comumente encontrado no Trecho Central. Difere do Perfil 1 por apresentar incisão em sua base provocada pela ação do mar (Figura 7). O Perfil 3 é comumente encontrado no Trecho Norte e Sul. É caracterizado por formar um ângulo de aproximadamente 45 com a horizontal (Figura 8). Verifica-se normalmente a presença de material oriundo da erosão pluvial em sua base, servindo como proteção natural à ação do mar. Camadas com cimentação ferruginosa com espessura da ordem de 2,0 metros ocorrem de forma esporádica nos três tipos de perfis (Figura 9). Esse material mostra resistência bem mais elevada que os solos de Topo e Base. O material cimentado apresenta resistência compressão variando de 500 kpa a 5000 kpa. Foram realizadas análises de estabilidade dos três perfis predominantes na região, utilizando-se o método de Bishop Simplificado. Para cada perfil foram analisadas situações de possível ocorrência nas falésias (Tabela 3). Essas situações levam em conta a saturação dos solos (de topo e base) e a existência ou não de camadas cimentadas. Como resultados dessas análises, foram obtidos os fatores de segurança e a provável superfície de escorregamento. As situações aqui apresentadas, denominadas pelo tipo de perfil 1, 2 ou 3 e pelo número do caso, variando de 1 a 12, não encerram todas as possibilidades, mas são as que parecem mais factíveis de ocorrência. Os resultados mostrados na Tabela 3 mostram que as situações de maior segurança encontradas são para os casos 01, 02 e 03, em que o mínimo fator de segurança foi de 2,80 no perfil Tipo 2 e o máximo foi 7,39 para o perfil Tipo 3. Ao se considerar a presença de uma camada cimentada na interface das camadas de topo e base da falésia não saturadas, promoveu acréscimo do fator de segurança de 56,1% para o perfil Tipo 01, 70,03% para o perfil Tipo 02 e 29,6% para o perfil Tipo 03. Já o incremento da segunda camada cimentada surtiu efeito positivo e significativo apenas no perfil Tipo 03 onde o fator de segurança aumentou para 7, IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

7 Figura 6 Perfil Tipo 01 Figura 8 - Perfil Tipo 03 Figura 7 Perfil Tipo 02 Figura 8 - Perfil Tipo 03 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 493

8 Tabela 3 Situações consideradas nas análises da estabilidade e seus respectivos fatores de segurança. Nos casos 04, 05 e 06, foram obtidos fatores de segurança com valores bastante próximos, independentemente de se considerar ou não a presença de camadas cimentadas. Os resultados obtidos para os perfis 01 e 02 são bastante próximos com valores que variam entre si em torno de 1,0%. Já para o perfil Tipo 03 os valores obtidos foram mais elevados, com fator de segurança médio de 2,33. Ao se observar os resultados obtidos nos casos 04, 05 e 06, percebe-se que ao saturar-se o solo de topo, os fatores de segurança decrescem significativamente se comparados com os obtidos nos casos 01, 02 e 03. Entretanto os fatores de segurança encontrados para os casos 04, 05 e 06, não configuram ruptura da falésia. No caso 07, foi realizado um estudo onde procurou-se avançar a frente de saturação a cada metro no solo de base da falésia, para assim averiguar quanto da base deveria estar saturada para se configurar ruptura. Os fatores de segurança menores que um, foram obtidos para os perfis Tipo 01 e 02, ao se considerar o solo de topo e seis metros do solo de base saturados. Já o perfil Tipo 03, não apresenta ruptura nem mesmo quando as duas camadas estão saturadas. No caso 08 foi considerada a presença de uma camada cimentada e a saturação de 5 metros da base. Observa-se neste caso uma significativa elevação do fator de segurança, ao se comparar com aqueles obtidos no caso 07. Neste caso a presença de camadas cimentadas contribuiu para estabilização da falésia, aumentando o fator de segurança para o perfil Tipo 01, 02 e 03 na ordem de 35,4%, 35,7% e 7,5% respectivamente. 494 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

9 No caso 09, foi considerada a saturação da metade da base, intercalada pela presença de duas camadas cimentadas. Os resultados obtidos foram bastante semelhantes se comparados com os obtidos no caso 08. No caso 10, a falésia foi levada a situação mais crítica, dentre os casos analisados, onde tanto o topo quanto à base foram saturadas. Neste caso foram obtidos os menores fatores de segurança com relação a todos os outros casos. Esses valores foram de 0,64, 0,56 e 1,35, para os perfis 01, 02 e 03 respectivamente. Nos casos 11 e 12, foi considerada a presença primeiramente de uma e depois de duas camadas cimentadas respectivamente. Os valores obtidos para esses dois casos, são muito semelhantes, praticamente não havendo variação do fator de segurança com o incremento da segunda camada cimentada. Entretanto se for comparado os fatores de segurança obtidos nesses dois casos com os valores encontrados no caso 10, verifica-se que a presença da camada cimentada fez elevar significativamente o fator de segurança para todos os perfis. As análises mostraram que a incisão na base não altera as condições de estabilidade. Entretanto essa conclusão não é compatível com as observações de campo, onde constata-se um grande número de rupturas superficiais associadas a essas incisões. É possível que o método utilizado não considere adequadamente as condições vigentes em campo. 5 CONCLUSÕES O trabalho analisa a variação das condições de estabilidade de falésias no litoral leste do Rio Grande do Norte. Foram analisados três perfis típicos encontrados na área estudada. Dois perfis aproximadamente verticais (Tipo 1 e 2) e um com inclinação de 45 com a horizontal (Tipo 3). Os perfis são formados por dois tipos de materiais, denominados de solo Topo e solo Base. As análises foram realizadas pelo método de Bishop Simplificado considerando as prováveis variações de ocorrência de saturação das camadas. Com base nos estudos realizados foi possível concluir que: Na condição não saturada, com baixos valores de grau de saturação, os três perfis analisados apresentaram-se estáveis; A saturação da camada de topo provoca redução significativa no fator de segurança, no entanto, não é suficiente para provocar a ruptura; A ruptura somente é atingida quando, além da camada de topo, ocorre também a saturação de 6 metros do solo da camada de base. Isso foi verificado para os perfis Tipo 1 e 2; O perfil Tipo 3 não apresentou ruptura nem mesmo quando as duas camadas estão saturadas. Isso mostra que além dos parâmetros de resistência dos solos, a geometria da falésia é fundamental para desencadear ou não movimentos de massas; A presença de camadas cimentadas entre as camadas de solos de Topo e Base, provocaram a elevação do fator de segurança. Nesse caso não se verifica ruptura mesmo quando as duas camadas estão saturadas A presença das incisões basal praticamente não influenciou nos valores de fator de segurança, o que é incompatível com o que se observa em campo. A fim de buscar cada vez valores mais representativos, pesquisas como estas continuarão sendo desenvolvidas. IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 495

10 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Amaral, R.F.; Santos Jr., O.F. e Mendonça F.J. (1997) A utilização de fotografias aéreas de pequeno formato no monitoramento da falésia de Tabatinga.In: Gis Brasil 97, Anais em CD-ROM Amaral, R.F. (2000) Contribuição ao estudo da evolução morfodinâmica do litoral Oriental Sul do Rio Grande do Norte, entre Ponta de Búzios e Baia Formosa. Tese (Doutorado em Geociências) Instituto de Geociências UFRGS, Porto Alegre. Amaral, R.F. (2001) A Dinâmica Ambiental e o Problema da Erosão na Zona Costeira do Município de Tibau do Sul. IDEMA, Relatório Interno. 45p. Braga, K.G. (2005) Uso do checklist na identificação dos processos erosivos. Dissertação (Mestrado em Engenharia Saniária) - UFRN, Natal. Bromhead, E. N. (1986) The stability of slopes. New York: Surrey University Press. Diniz, R. F. A (2002) Erosão costeira ao longo do litoral oriental do rio grande do norte: causas, conseqüências e influência nos processos de uso e ocupação da região costeira. Tese (Doutorado em Geociências) Instituto de Geociências UFBA, Salvador. Santos Jr., O.F.; Pereira, D. A.; Nóbrega, P. G. B. e Amaral, R.F. (2001) Mecanismos de ruptura de taludes em sedimentos terciários da Formação Barreiras no litoral do Rio Grande do Norte. In III Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas, Rio de Janeiro, Santos Jr., O. F.; Scudelari, A. C.; Amaral, R. F. (2004) Geothecnical properties of tertiary sediments and failure mechanisms of a sea cliff in the State of Rio Grande do Norte, North East Brazil. In: Proc. Ninth International Symposium on Landslides, Rio de Janeiro, vol.1, Severo, R. N. F. (2005) Análise da estabilidade das falésias entre Tibau do Sul e Pipa RN. Dissertação (Mestrado em Engenharia Saniária) - UFRN, Natal Silva, W. de S. (2003) Estudo da dinâmica superficial e geotécnico das falésias do município de Tibau do Sul Litoral Oriental do RN.Dissertação (Mestrado em Engenharia Sanitária) UFRN, Natal. 496 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA